一种沥青混合料变气压拌和装置及方法与流程

本发明涉及道路工程领域，具体涉及路用材料沥青混合料中沥青与集料的拌和装置及方法。

背景技术：

沥青混合料的强度主要由粗集料间摩阻力、集料-沥青间的粘结力提供。以往的研究发现，沥青-集料间的界面粘结性能决定沥青混合料材料的抗水损害与抗疲劳性能，同时，沥青-集料间的界面粘结性能还在很大程度上决定沥青混合料的抗拉强度及抗剪强度。

界面力学是近二十年来才出现的固体力学学科分支，主要针对各类结合界面的力学行为加以分析和评价，进而对结合材料或结构强度寿命进行评价及优化设计，从1915年化学家wolfgangostwald提出表面/界面科学至如今的发展，已取得了大量宝贵的研究成果。关于界面强度形成理论主要包括：1)化学键合；2)浸润-吸附理论；3)扩散作用；4)弱界面层理论；5)静电作用；6)机械作用。界面的形成与作用机理是很复杂的，有关的物理及化学因素都会影响界面的形成、界面的结构及其稳定性。到目前为止，还没有哪一种理论能够解释所有界面现象，但无论哪种理论，都表明：增大两相材料的接触面积可以提高其界面间的粘附性能，进而增大其界面强度。

沥青-集料间的界面粘结行为是影响沥青混合料各种路用性能的关键因素。沥青-集料间的粘附性能主要取决于沥青与集料的物理、化学性质，其中集料的表面积是影响其粘附性能的重要因素，其直接决定沥青-集料的接触面积，进而决定沥青-集料的粘附性能，因此较多研究者致力于改善集料的表面特性，以增加沥青-集料的接触面积。沥青-集料接触的形成是在沥青-集料拌和过程中，通过发生机械碰撞及液态沥青的流动形成的接触，接触面的形成过程具有随机性，且如图1(a)和图1(b)所示，由于集料200表面凹凸不平，纹理复杂，普遍存在一些细、深的开口毛孔隙，如图1(a)中的孔隙1；瓶状孔隙，如图1(a)中的孔隙2；以及凹面谷处，如图1(a)中的凹面3，使得在拌和过程中这些部位很难与沥青201接触到形成界面。同时，由于拌和过程中空气的存在，沥青-集料之间往往还有一些空气形成空气薄膜阻碍沥青与集料的接触，如图1(b)中的标号4所示，因此形成的接触面积往往远小于集料的表面积，即有效表面积(沥青-集料的接触面积与集料的表面积之比)较小。

因此要提高沥青-集料的接触面积，可通过充分利用集料的表面积，将沥青压入集料表面细且深的毛孔隙、瓶状孔隙、凹面，并挤出沥青-集料之间的空气薄膜，这样不仅增加了沥青-集料的接触面积，同时使进入毛孔隙和瓶状空隙的沥青在固化以后形成嵌入结构，从而增大沥青-集料的粘附能力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种沥青混合料变气压拌和的装置及方法，采用变气压拌和法，利用气压差将沥青压入集料表面细且深的毛孔隙、瓶状孔隙和凹面等，并挤出沥青-集料之间的空气薄膜，增大接触面积，形成嵌入结构，提高沥青-集料的粘附能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沥青混合料变气压拌和装置，包括密封拌料锅、搅拌机构、矿粉添加机构、沥青泵送塔和抽真空机，所述沥青泵送塔通过进沥青阀门连通于所述密封拌料锅，所述抽真空机通过气体阀门连通于所述密封拌料锅；所述矿粉添加机构设于所述密封拌料锅内且其控制开关设于所述密封拌料锅外；所述搅拌机构的搅拌部位于所述密封拌料锅内，传动部的一端连接于搅拌部，另一端则露于所述密封拌料锅外。

进一步地，所述搅拌机构的搅拌部为拌料旋桨，传动部为传动杆，所述传动杆的一端连接于所述拌料旋桨，另一端伸出所述密封拌料锅并与之密封连接，伸出的部分则固定连接于搅拌电机的输出轴。

进一步地，所述密封拌料锅包括锅体和相匹配的可密封封盖于所述锅体的密封锅盖。

更进一步地，所述密封锅盖的外缘设有锁栓，所述锅体的顶部外缘设有相匹配的锁扣。

更进一步地，沥青混合料变气压拌和装置还包括有操作台，所述锅体连接于所述操作台，所述密封锅盖通过升降装置可升降地连接于所述操作台，并位于所述锅体的正上方。

利用上述装置进行沥青混合料拌和的方法，包括如下步骤：

s1将集料烘干并加热至拌和温度后置于密封拌料锅内；将烘干并加热至拌和温度的矿粉放置于矿粉添加机构内；关闭进沥青阀门，将加热至拌和温度的沥青放置于沥青泵送塔内；

s2令密封拌料锅处于密闭状态；

s3打开气体阀门，开启抽真空机对密封拌料锅进行抽真空处理，待密封拌料锅内气压降至设定气压后关闭气体阀门；

s4在保持密封拌料锅内气压稳定的情况下对密封拌料锅内的集料利用搅拌机构进行拌和使之混合均匀；

s5打开进沥青阀门，向密封拌料锅内泵入设定量的沥青后关闭进沥青阀门，利用搅拌机构对沥青和集料进行拌和；

s6通过控制开关控制所述矿粉添加机构将矿粉倒入密封拌料锅内，搅拌机构继续拌和；

s7通过控制气体阀门，边拌和边慢慢恢复密封拌料锅的气压至大气压，然后继续拌和，完成拌和过程。

需要说明的是，步骤s2中，具体为将密封锅盖密封盖在锅体上并拧紧密封锅盖上的锁栓在锅体的锁扣上。

需要说明的是，步骤s4和步骤s5中的拌和时间均为90s。

需要说明的是，步骤s6中将矿粉倒入密封拌料锅内，继续拌和30s；步骤s7中边拌和边慢慢恢复拌料锅的气压至大气压，然后继续拌和60s。

本发明的有益效果在于：在沥青-集料拌和之前，通过对集料抽真空处理，排除了集料开口孔隙里的空气，使得沥青更易于进入集料的开口孔隙；在抽真空后的密封拌料锅中对沥青-集料进行拌和，此时的沥青、集料与拌料锅处于一个平衡状态，故拌和如同常压下的拌和，沥青与集料的接触靠的是搅拌中碰撞及液态沥青的流动，沥青与集料仍不会完全牢固粘结在一起；在慢慢恢复常压过程中的拌和，由于集料表面沥青膜两边的气压差的存在，使得较高的大气压将沥青压入集料的孔隙中并粘附在消除空气膜的集料表面，从而使得沥青与集料的接触面积大为增加，增大了沥青与集料的粘附能力。

附图说明

图1为普通条件下沥青-集料拌和后粘附情况示意图；

图2为本发明装置的结构示意图；

图3为利用本发明装置和方法拌和后沥青和集料粘附过程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的范围并不限于本实施例。

如图2所示，一种沥青混合料变气压拌和装置，包括密封拌料锅100、搅拌机构300、矿粉添加机构5、沥青泵送塔6和抽真空机9，所述沥青泵送塔6通过进沥青阀门8连通于所述密封拌料锅1，所述抽真空机9通过气体阀门10连通于所述密封拌料锅100；所述矿粉添加机构5设于所述密封拌料锅100内且其控制开关400设于所述密封拌料锅100外；所述搅拌机构300的搅拌部302位于所述密封拌料锅100内，传动部301的一端连接于搅拌部302，另一端则露于所述密封拌料锅100外。

所述矿粉添加机构可以采用连接于翻转机构的盒体，翻转机构电连接于控制开关。当需要添加矿粉时，通过控制开关启动翻转机构，翻转机构驱动盒体翻转，从而将盛装在盒体内的矿粉倒入密封拌料锅内。翻转机构可采用翻转电机，使其输出轴传动连接于盒体即可。

在本实施例中，密封拌料锅、沥青泵送塔、矿粉添加机构均为恒温。

进一步地，所述搅拌机构300的搅拌部302为拌料旋桨，传动部301为传动杆，所述传动杆的一端连接于所述拌料旋桨，另一端伸出所述密封拌料锅并与之密封连接(在本实施例中从密封锅盖102伸出并与之密封连接)，伸出的部分则固定连接于搅拌电机的输出轴(图中未示)。搅拌时，启动搅拌电机驱动传动杆转动，从而带动拌料旋桨转动，即可实现搅拌。在本实施例中，搅拌机构固定在密封锅盖上，当盖上密封锅盖时，搅拌部就位于密封拌料锅内。

进一步地，所述密封拌料锅100包括锅体101和相匹配的可密封封盖于所述锅体101的密封锅盖102。在本实施例中，所述密封锅盖102上设有密封圈105以保证密封性能。

更进一步地，所述密封锅盖102的外缘设有锁栓103，所述锅体101的顶部外缘设有相匹配的锁扣104。

更进一步地，沥青混合料变气压拌和装置还包括有操作台11，所述锅体101固定连接于所述操作台11，所述密封锅盖102通过升降装置(图中未示，安装在操作台的内侧)可升降地连接于所述操作台11，并位于所述锅体101的正上方。升降装置可以采用常规的传送带装置、丝杆螺母装置等直线移动驱动装置。

利用上述装置进行沥青和集料的拌和的方法，包括如下步骤：

s1将集料烘干并加热至拌和温度后置于密封拌料锅内；将烘干并加热至拌和温度的矿粉放置于矿粉添加机构内；关闭进沥青阀门，将加热至拌和温度的沥青放置于沥青泵送塔内；

s2令密封拌料锅处于密闭状态；

s3打开气体阀门，开启抽真空机对密封拌料锅进行抽真空处理，待密封拌料锅内气压降至设定气压后关闭气体阀门；

s4在保持密封拌料锅内气压稳定的情况下对密封拌料锅内的集料利用搅拌机构进行拌和使之均匀混合；

s5打开进沥青阀门，向密封拌料锅内泵入设定量的沥青后关闭进沥青阀门，利用搅拌机构对沥青和集料进行拌和；

s6通过控制开关控制所述矿粉添加机构将矿粉倒入密封拌料锅内，搅拌机构继续拌和；

s7通过控制气体阀门，边拌和边慢慢恢复密封拌料锅的气压至大气压，然后继续拌和，完成拌和过程。

需要说明的是，步骤s2中，具体为将密封锅盖密封盖在锅体上并拧紧密封锅盖上的锁栓在锅体的锁扣上。

需要说明的是，步骤s4和步骤s5中的拌和时间均为90s。

需要说明的是，步骤s6中将矿粉倒入密封拌料锅内，继续拌和30s；步骤s7中边拌和边慢慢恢复拌料锅的气压至大气压，然后继续拌和60s。

实施例

1)将集料放置烘箱，在105℃的温度下烘干后，加热至拌和温度(根据沥青品种设置，例如基质沥青拌和温度为163℃，sbs改性沥青拌和温度为180℃)

2)将沥青放置烘箱加热至拌和温度；

3)提前半个小时对密封拌料锅及沥青泵送塔进行预热；

4)将集料放入密封拌料锅，矿粉放入矿粉添加机构，关闭进沥青阀门，并将准备好的沥青放入沥青泵送塔内，盖上密封锅盖，对集料与矿粉进行抽真空处理，当密封拌料锅内气压降至设定气压(最佳气压值需根据具体的不同材料确定)时，对集料进行拌和90s，使之混合均匀；

5)泵入沥青，将沥青与集料进行拌和90s；

6)通过控制开关将矿粉添加机构中的矿粉倒入密封拌料锅内，再拌和90s；

7)边拌和沥青、集料、矿粉，边通过控制气体阀门慢慢恢复密封拌料锅内的气压至常压，拌和时间90s；

s8完成拌和。

在沥青-集料拌和之前，通过对集料抽真空处理，排除了集料开口孔隙里的空气，使得沥青更易于进入集料的开口孔隙；在抽真空后的密封拌料锅中对沥青-集料进行拌和，此时的沥青、集料与拌料锅处于一个平衡状态，故拌和如同常压下的拌和，沥青与集料的接触靠的是搅拌中碰撞及液态沥青的流动，沥青与集料仍不会完全牢固粘结在一起；在慢慢恢复常压过程中的拌和，由于集料表面沥青膜两边的气压差的存在，使得较高的大气压将沥青压入集料的孔隙中并粘附在消除空气膜的集料表面，从而使得沥青与集料的接触面积大为增加，增大了沥青与集料的粘附能力。如图3(a)-(c)所示。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。